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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Gasgehaltes
in einer Flüssigkeit, insbesondere in einem Öl,
mit einem Probenbehälter, in den die Gas enthaltende Flüssigkeit
einleitbar und absperrbar ist, und wobei der Probenbehälter
mit einer Einrichtung zur Erzeugung einer Druckänderung in
dem abgesperrten Probenbehälter in Wirkverbindung steht.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 296 06 210 U1 bekannt. Diese Vorrichtung
weist einen Probenbehälter auf, dessen Innendruck stark
abgesenkt wird. Dadurch werden aber nicht nur Gasblasen sondern
auch im Öl gelöste Gase separiert. Es werden also
auch Gasanteile gemessen, die praktisch keinen Einfluss auf die
für die Brennkraftmaschine wichtigen Eigenschaften des Öls
haben. Es sind außerdem relativ lange Wartezeiten von einigen Minuten
erforderlich, damit sich Gas und Öl voneinander trennen
können. Schließlich läuft das Verfahren
nicht automatisch ab, da die Gasmenge im Probenbehälter
visuell erfasst und dann beispielsweise in eine Datenverarbeitungseinrichtung
eingegeben werden muss.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung
des Gasgehaltes in einer Flüssigkeit anzugeben, die eine
hohe Messgenauigkeit bei einfacher Handhabung aufweist.
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Diese
Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Einrichtung eine
Einrichtung zur Erzeugung einer Druckerhöhung ist. Diese
Messvorrichtung wertet die unterschiedliche Kompressibilität
einer Flüssigkeit, insbesondere einem Öl und einem
Gas, insbesondere Luft, aus. Das Gas weist eine deutlich höhere Kompressibilität
als die Flüssigkeit auf und wird dementsprechend bei einer
Druckerhöhung in dem Probenbehälter komprimiert.
Aus der sich bei der Messung einstellenden Kompression kann direkt
der Gasanteil in der Flüssigkeit bestimmt werden.
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Ein
entsprechendes Messverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die
Gas enthaltende Flüssigkeit durch den Probenbehälter
durchgeleitet und zum Beginn der Messung der Probenbehälter
(automatisch oder durch eine entsprechende Steuereinrichtung) abgesperrt
wird. Anschließend wird in dem Probenbehälter
der Druck erhöht. Zur Druckerhöhung wird entsprechend
dem Verschäumungsanteil in der Probenflüssigkeit
gasfreie Flüssigkeit in den Probenbehälter überführt.
Bei einer definierten Druckerhöhung und einer bekannten
Temperatur kann aus der Menge der überführten
gasfreien Flüssigkeit in den Probenbehälter der
Gasanteil in der Prüfflüssigkeit ermittelt werden.
Ist beispielsweise die Probenflüssigkeit nahezu gasfrei,
wird praktisch keine Flüssigkeit aus dem Vorratsbehälter
in den Probenbehälter überführt, während
bei einem Gasanteil von beispielsweise 20% eine deutlich größere
Flüssigkeitsmenge überführt wird. Dies
liegt darin begründet, dass eine Flüssigkeit (Öl)
quasi inkompressibel und Gas (Luft) definiert kompressibel ist.
In einer Abwandlung des Verfahrens kann die Druckerhöhung auch
durch Verkleinern des Probenbehälter-Volumens erreicht
werden, also mit anderen Worten der Druck direkt in der Probenflüssigkeit
erhöht werden.
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In
Weiterbildung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzeugung einer
Druckerhöhung eine Hydraulikeinrichtung mit einem Hydraulikzylinder
und einem Hydraulikkolben, wobei der Hydraulikkolben von einer Betätigungseinrichtung
beherrscht ist. In weiterer Ausgestaltung ist die Betätigungseinrichtung eine
Pneumatikeinrichtung mit einem Pneumatikkolben und einem Pneumatikzylinder.
Schließlich sind die Hydraulikeinrichtung und die Betätigungseinrichtung
druckverstärkend ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung
wird eine einfach aufgebaute und mit problemlos aufzubringenden
Betätigungskräften arbeitende Messeinrichtung
geschaffen. Der Hydraulikzylinder ist im Übrigen beispielsweise
durch Druckluft betätigbar.
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In
Weiterbildung der Erfindung fördert die Hydraulikeinrichtung
gasfreie Flüssigkeit aus einem Vorratsbehälter
in den Probenbehälter. Dabei ist dann in weiterer Ausgestaltung
der Probenbehälter geodätisch unterhalb des Vorratsbehälters
angeordnet. Dabei können der Probenbehälter und
der Vorratsbehälter in einem gemeinsamen Messbehälter zusammengefasst
sein. Durch diese Ausgestaltung ist gewährleistet, dass
zwischen einzelnen Messvorgängen die in den Vorratsbehälter
zurückströmende Flüssigkeit quasi gasfrei
ist, da entsprechende Gasblasen aus dem Vorratsbehälter
aufsteigen. Dabei sind der Vorratsbehälter und der Probenbehälter durch
eine eine Strömungsöffnung aufweisende Trennwand
oder eine kurze Strömungsleitung voneinander getrennt.
Dadurch ist eine gute Trennung gewährleistet.
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In
einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wirkt der Hydraulikkolben
direkt mit dem Probenbehälter zusammen. Dadurch ist eine
besonders kompakt bauende Vorrichtung geschaffen. Dabei wird dann – wie
beschrieben – der Druck direkt in der Probenflüssigkeit
erhöht. Insbesondere bei dieser Ausgestaltung kann dann
der Hydraulikkolben durch entsprechendes Zusammenwirken mit dem
Probenbehälter eine Abführleitung für
das Öl absperren, während in die Zuführleitung
für das Öl, die auf der gegenüberliegenden
Seite in den Probenbehälter einmündet, ein Rückschlagventil
eingesetzt ist. Dadurch ist eine automatische Absperrung der Flüssigkeit
(Öl) in dem Probenbehälter realisiert.
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Weiterhin
ist der Probenbehälter mit einer Druckmessvorrichtung verbunden
und Hydraulikeinrichtung und/oder die Betätigungseinrichtung
ist/sind mit einer Wegmesseinrichtung verbunden. Entsprechend der
Kompressibilität der Probenflüssigkeit ermöglicht
der Messwert der Wegmesseinrichtung (Verstellweg) einen Rückschluss
auf den Verschäumungsgrad. Dabei werden alle Messwerte
bevorzugt einer Recheneinheit zugeführt, die aus dem Verstellweg,
dem aufgebrachten Druck und der Temperatur in dem Probenbehälter
exakt den Verschäumungsgrad ermittelt. Für einen
Referenzdruck und eine Referenztemperatur kann aber aus dem Maß des
Verstellweges direkt ein Verschäumungsgrad bestimmt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der Figurenbeschreibung
dargestellt, in der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher beschrieben sind. Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Ölverschäumungs-Messgerätes und
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel eines solchen Messgerätes.
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Das Ölverschäumungs-Messgerät
gemäß 1 weist einen Probenbehälter 1 auf,
in den das auf seinen Verschäumungsgrad zu messende Öl über
eine Zuführleitung 2 zugeführt wird und über eine
Abführleitung 3 abgeführt wird. Die Zuführleitung 2 und
die Abführleitung 3 sind normalerweise mit dem
Schmierölkreislauf einer Brennkraftmaschine in geeigneter
Weise verbindbar. Beispielsweise kann sich die Brennkraftmaschine
auf einem Prüfstand befinden und die Zuführleitung 2 und
die Abführleitung 3 sind durch entsprechende Kupplungen mit
dem Schmierölkreislauf der Brennkraftmaschine verbunden.
Dabei kann dieses Ölverschäumungs-Messgerät
für grundsätzliche Messungen beispielsweise bei
der Entwicklung einer neuen Brennkraftmaschine eingesetzt werden
oder aber auch nur bei bestimmten Versuchen beispielsweise zur Schräglagentauglichkeit.
In die Zuführleitung 2 und die Abführleitung 3 sind
jeweils Absperrventile 4a, 4b eingeschaltet, die
bevorzugt elektrisch geschaltet werden. Je nachdem, unter welchen
Bedingungen gemessen werden soll, werden die Absperrventile 4a, 4b nacheinander
geschlossen, so dass in dem Probenbehälter sich zu prüfendes
verschäumtes Öl unter Atmosphärendruck
oder unter Betriebsdruck (momentaner Öldruck der Brennkraftmaschine)
befindet. In die Abführleitung 3 ist weiterhin
eine bevorzugt einstellbare Drossel 5 eingesetzt, mit der die
Durchflussmenge des Öls auch bei geöffneten Absperrventilen 4a, 4b eingeregelt
werden kann. In den Probenbehälter 1 ragen Sensoren
hinein, mit denen die Temperatur T und der Druck P gemessen werden
kann. Die entsprechenden Messwerte werden einer elektronischen Steuer-
und Auswerteinheit 6 zugeführt, wobei die Steuer-
und Auswerteinheit auch die Absperrventile 4a, 4b schaltet.
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Dem
Probenbehälter 1 ist an geodätisch niedrigerer
Stelle ein Vorratsbehälter 7 für unverschäumtes Öl
vorgeschaltet, wobei dieser Vorratsbehälter 7 – wie
ausgeführt – mit dem Probenbehälter 1 und
weiterhin einer Einrichtung zur Druckerhöhung hydraulisch
verschaltet ist. Diese Einrichtung zur Druckerhöhung ist
in dem Ausführungsbeispiel als Hydraulikeinrichtung ausgebildet,
die von einer als Betätigungseinrichtung ausgebildeten
Pneumatikeinrichtung betätigt wird. Dabei weist die Hydraulikeinrichtung
einen Hydraulikzylinder 10 auf, in dem ein Hydraulikkolben 14 verschiebbar
ist. Der Hydraulikkolben 14 ist über eine Kolbenstange
mit einem Pneumatikkolben 15 verbunden, der in einem Pneumatikzylinder 9 der
Pneumatikeinrichtung verschiebbar ist. Die Hydraulikeinrichtung
und die Pneumatikeinrichtung sind durch entsprechende geometrische Ausgestaltung
als Druckverstärker 8 ausgebildet.
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Der
Pneumatikkolben 15 ist weiterhin mit einer Wegmesseinrichtung 11 verbunden
oder verschaltet, deren Signale ebenfalls der Steuer- und Auswerteinheit 6 zugeführt
werden. Über Schaltventile 12a, 12b können
die beiden Seiten des Pneumatikkolbens 15 wechselweise
mit einem Druckmedium, insbesondere Druckluft, druckbeaufschlagt
werden. Die Druckluft wird einem Druckluftnetz entnommen oder von
einem Kompressor gefördert und einem Druckregler 13 zugeführt.
Der Druckregler 13 ist über eine einstellbare
Drossel mit den Schaltventilen 12a, 12b verbunden
und bestimmt über das Verstärkungsverhältnis
des Druckverstärkers den Druck bei der Messung.
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Soll
eine Ölverschäumungs-Messung durchgeführt
werden, werden die Sperrventile 4a, 4b in die Sperrposition
verschaltet und sodann das Schaltventil 12a so geschaltet,
dass Druckluft in den unteren Raum des Pneumatikzylinders 9 gelangt.
Das Schaltventil 12b ist so geschaltet, dass aus dem oberen Raum
des Pneumatikzylinders 9 die enthaltene Luft abströmen
kann. Dem entsprechend wird von dem Pneumatikkolben 15 der
Hydraulikkolben 14 in dem Hydraulikzylinder 10 nach
oben bewegt und es wird unverschäumtes Öl aus
dem Vorratsbehälter 7 in den Probenbehälter 1 gefördert.
Je nach dem Verschäumungsgrad des Öls ist die
in dem Probenbe hälter enthaltene Probenflüssigkeit
unterschiedlich kompressibel und dem entsprechend werden von der Wegmesseinrichtung
unterschiedliche Messwerte entsprechend den geförderten Ölmengen
ermittelt. Zusammen mit der gemessenen Temperatur T und dem Druck
P in dem Probenbehälter 1 ist somit von der Auswerteinheit 6 ein Ölverschäumungswert
ermittelbar.
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Das
Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet
sich dadurch von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel,
dass der Hydraulikkolben 14a direkt mit dem Probenbehälter 1a zusammenwirkt
und zwar in der Form, dass der Hydraulikkolben 14a in den
Zylinder des Probenbehälters 1a dichtend eingeführt
wird und die Druckerhöhung erzeugt. Dabei mündet
die Zuführleitung 2 bei dieser Ausführung geodätisch
oben in den Probenbehälter 1a ein und die Abführleitung 3 zweigt
geodätisch unten von einem Vorraum 16 des Probenbehälters 1a ab.
Der Vorraum 16 kann beispielsweise durch einen oder mehrere
Schlitze in dem Zylinder des Probenbehälters 1a realisiert
werden, die miteinander in Verbindung stehen. Diese Ausbildung bewirkt
eine zuverlässige Führung des Hydraulikkolbens 14a und
darüber hinaus wird eine quasi automatische Absperrung des
Schmierölkreislaufs von dem Probenbehälter 1a ohne
den Einsatz von Absperrventilen 4a, 4b erreicht.
Wenn der Hydraulikkolben 14a nämlich (am Ende
der Schlitze) von dem Vorraum 16 in den Zylinder des Probenbehälters 1a eintaucht,
ist die Abführleitung 3 von dem Probenbehälter 1a getrennt
und durch ein in die Zuführleitung 2 eingesetztes
Rückschlagventil 15 kann kein Schmieröl
aus dem Probenbehälter 1a in die Zuführleitung 2 gedrückt
werden. Umgekehrt ist der in dem Probenbehälter erzeugte
Druck deutlich höher als der Druck in dem Schmierölkreislauf,
so dass aus diesem kein weiteres Schmieröl während
der Messung in den Probenbehälter 1a nachgefördert
wird. Bei dieser Ausführung wird eine Messung unter einem
geringen Überdruck durchgeführt. Es kann aber
anstelle des Rückschlagventils auch ein Absperrventil eingesetzt
werden, mit dem auch bei dieser Ausführung bei entsprechender
Schaltung des Absperrventils mit Atmosphärendruck gemessen
wird.
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- 1,
1a
- Probenbehälter
- 2
- Zuführleitung
- 3
- Abführleitung
- 4a,
4b
- Absperrventile
- 5
- Drossel
- 6
- Auswerteinheit
- 7
- Vorratsbehälter
- 8
- Druckverstärker
- 9,
9a
- Pneumatikzylinder
- 10,
10a
- Hydraulikzylinder
- 11
- Wegmesseinrichtung
- 12a,
12b
- Schaltventile
- 13
- Druckregler
- 14,
14a
- Hydraulikkolben
- 15,
15a
- Pneumatikkolben
- 16
- Vorraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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